]> git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp
ea65ab3862a57627559c97db1f754feb14aac9ed
[stockfish] / src / evaluate.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2014 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <cassert>
21 #include <iomanip>
22 #include <sstream>
23 #include <algorithm>
24
25 #include "bitcount.h"
26 #include "evaluate.h"
27 #include "material.h"
28 #include "pawns.h"
29 #include "thread.h"
30 #include "ucioption.h"
31
32 namespace {
33
34   // Struct EvalInfo contains various information computed and collected
35   // by the evaluation functions.
36   struct EvalInfo {
37
38     // Pointers to material and pawn hash table entries
39     Material::Entry* mi;
40     Pawns::Entry* pi;
41
42     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
43     // attacked by a given color and piece type, attackedBy[color][ALL_PIECES]
44     // contains all squares attacked by the given color.
45     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
46
47     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
48     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
49     // adjacent to the king, and the three (or two, for a king on an edge file)
50     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
51     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
52     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
53     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
54
55     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
56     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
57     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
58
59     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weight" of the pieces of the
60     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
61     // weights of the individual piece types are given by the variables
62     // QueenAttackWeight, RookAttackWeight, BishopAttackWeight and
63     // KnightAttackWeight in evaluate.cpp
64     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
65
66     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks to squares
67     // directly adjacent to the king of the given color. Pieces which attack
68     // more than one square are counted multiple times. For instance, if black's
69     // king is on g8 and there's a white knight on g5, this knight adds
70     // 2 to kingAdjacentZoneAttacksCount[BLACK].
71     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
72
73     Bitboard pinnedPieces[COLOR_NB];
74   };
75
76   namespace Tracing {
77
78     enum Terms { // First 8 entries are for PieceType
79       PST = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, TOTAL, TERMS_NB
80     };
81
82     Score terms[COLOR_NB][TERMS_NB];
83     EvalInfo ei;
84     ScaleFactor sf;
85
86     double to_cp(Value v);
87     void add_term(int idx, Score term_w, Score term_b = SCORE_ZERO);
88     void format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx);
89     std::string do_trace(const Position& pos);
90   }
91
92   // Evaluation weights, initialized from UCI options
93   enum { Mobility, PawnStructure, PassedPawns, Space, KingDangerUs, KingDangerThem };
94   struct Weight { int mg, eg; } Weights[6];
95
96   typedef Value V;
97   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
98
99   // Internal evaluation weights. These are applied on top of the evaluation
100   // weights read from UCI parameters. The purpose is to be able to change
101   // the evaluation weights while keeping the default values of the UCI
102   // parameters at 100, which looks prettier.
103   //
104   // Values modified by Joona Kiiski
105   const Score WeightsInternal[] = {
106     S(289, 344), S(233, 201), S(221, 273), S(46, 0), S(271, 0), S(307, 0)
107   };
108
109   // MobilityBonus[PieceType][attacked] contains bonuses for middle and end
110   // game, indexed by piece type and number of attacked squares not occupied by
111   // friendly pieces.
112   const Score MobilityBonus[][32] = {
113     {}, {},
114     { S(-65,-50), S(-42,-30), S(-9,-10), S( 3,  0), S(15, 10), S(27, 20), // Knights
115       S( 37, 28), S( 42, 31), S(44, 33) },
116     { S(-52,-47), S(-28,-23), S( 6,  1), S(20, 15), S(34, 29), S(48, 43), // Bishops
117       S( 60, 55), S( 68, 63), S(74, 68), S(77, 72), S(80, 75), S(82, 77),
118       S( 84, 79), S( 86, 81) },
119     { S(-47,-53), S(-31,-26), S(-5,  0), S( 1, 16), S( 7, 32), S(13, 48), // Rooks
120       S( 18, 64), S( 22, 80), S(26, 96), S(29,109), S(31,115), S(33,119),
121       S( 35,122), S( 36,123), S(37,124) },
122     { S(-42,-40), S(-28,-23), S(-5, -7), S( 0,  0), S( 6, 10), S(11, 19), // Queens
123       S( 13, 29), S( 18, 38), S(20, 40), S(21, 41), S(22, 41), S(22, 41),
124       S( 22, 41), S( 23, 41), S(24, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
125       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41), S(25, 41),
126       S( 25, 41), S( 25, 41), S(25, 41), S(25, 41) }
127   };
128
129   // Outpost[PieceType][Square] contains bonuses for knights and bishops outposts,
130   // indexed by piece type and square (from white's point of view).
131   const Value Outpost[][SQUARE_NB] = {
132   {// A     B     C     D     E     F     G     H
133     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Knights
134     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
135     V(0), V(0), V(4), V(8), V(8), V(4), V(0), V(0),
136     V(0), V(4),V(17),V(26),V(26),V(17), V(4), V(0),
137     V(0), V(8),V(26),V(35),V(35),V(26), V(8), V(0),
138     V(0), V(4),V(17),V(17),V(17),V(17), V(4), V(0) },
139   {
140     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), // Bishops
141     V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0), V(0),
142     V(0), V(0), V(5), V(5), V(5), V(5), V(0), V(0),
143     V(0), V(5),V(10),V(10),V(10),V(10), V(5), V(0),
144     V(0),V(10),V(21),V(21),V(21),V(21),V(10), V(0),
145     V(0), V(5), V(8), V(8), V(8), V(8), V(5), V(0) }
146   };
147
148   // Threat[attacking][attacked] contains bonuses according to which piece
149   // type attacks which one.
150   const Score Threat[][PIECE_TYPE_NB] = {
151     { S(0, 0), S( 7, 39), S(24, 49), S(24, 49), S(41,100), S(41,100) }, // Minor
152     { S(0, 0), S(15, 39), S(15, 45), S(15, 45), S(15, 45), S(24, 49) }  // Major
153   };
154
155   // ThreatenedByPawn[PieceType] contains a penalty according to which piece
156   // type is attacked by an enemy pawn.
157   const Score ThreatenedByPawn[] = {
158     S(0, 0), S(0, 0), S(56, 70), S(56, 70), S(76, 99), S(86, 118)
159   };
160
161   #undef S
162
163   const Score Tempo            = make_score(24, 11);
164   const Score RookOnPawn       = make_score(10, 28);
165   const Score RookOpenFile     = make_score(43, 21);
166   const Score RookSemiopenFile = make_score(19, 10);
167   const Score BishopPawns      = make_score( 8, 12);
168   const Score MinorBehindPawn  = make_score(16,  0);
169   const Score UndefendedMinor  = make_score(25, 10);
170   const Score TrappedRook      = make_score(90,  0);
171   const Score Unstoppable      = make_score( 0, 20);
172
173   // Penalty for a bishop on a1/h1 (a8/h8 for black) which is trapped by
174   // a friendly pawn on b2/g2 (b7/g7 for black). This can obviously only
175   // happen in Chess960 games.
176   const Score TrappedBishopA1H1 = make_score(50, 50);
177
178   // SpaceMask[Color] contains the area of the board which is considered
179   // by the space evaluation. In the middlegame, each side is given a bonus
180   // based on how many squares inside this area are safe and available for
181   // friendly minor pieces.
182   const Bitboard SpaceMask[] = {
183     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB),
184     (FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB) & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB)
185   };
186
187   // King danger constants and variables. The king danger scores are taken
188   // from KingDanger[]. Various little "meta-bonuses" measuring the strength
189   // of the enemy attack are added up into an integer, which is used as an
190   // index to KingDanger[].
191   //
192   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
193   const int KingAttackWeights[] = { 0, 0, 2, 2, 3, 5 };
194
195   // Bonuses for enemy's safe checks
196   const int QueenContactCheck = 24;
197   const int RookContactCheck  = 16;
198   const int QueenCheck        = 12;
199   const int RookCheck         = 8;
200   const int BishopCheck       = 2;
201   const int KnightCheck       = 3;
202
203   // KingDanger[Color][attackUnits] contains the actual king danger weighted
204   // scores, indexed by color and by a calculated integer number.
205   Score KingDanger[COLOR_NB][128];
206
207
208   // apply_weight() weighs score 'v' by weight 'w' trying to prevent overflow
209   Score apply_weight(Score v, const Weight& w) {
210     return make_score(mg_value(v) * w.mg / 256, eg_value(v) * w.eg / 256);
211   }
212
213
214   // weight_option() computes the value of an evaluation weight, by combining
215   // two UCI-configurable weights (midgame and endgame) with an internal weight.
216
217   Weight weight_option(const std::string& mgOpt, const std::string& egOpt, Score internalWeight) {
218
219     Weight w = { Options[mgOpt] * mg_value(internalWeight) / 100,
220                  Options[egOpt] * eg_value(internalWeight) / 100 };
221     return w;
222   }
223
224
225   // interpolate() interpolates between a middlegame and an endgame score,
226   // based on game phase. It also scales the return value by a ScaleFactor array.
227
228   Value interpolate(const Score& v, Phase ph, ScaleFactor sf) {
229
230     assert(-VALUE_INFINITE < mg_value(v) && mg_value(v) < VALUE_INFINITE);
231     assert(-VALUE_INFINITE < eg_value(v) && eg_value(v) < VALUE_INFINITE);
232     assert(PHASE_ENDGAME <= ph && ph <= PHASE_MIDGAME);
233
234     int eg = (eg_value(v) * int(sf)) / SCALE_FACTOR_NORMAL;
235     return Value((mg_value(v) * int(ph) + eg * int(PHASE_MIDGAME - ph)) / PHASE_MIDGAME);
236   }
237
238
239   // init_eval_info() initializes king bitboards for given color adding
240   // pawn attacks. To be done at the beginning of the evaluation.
241
242   template<Color Us>
243   void init_eval_info(const Position& pos, EvalInfo& ei) {
244
245     const Color  Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
246     const Square Down = (Us == WHITE ? DELTA_S : DELTA_N);
247
248     ei.pinnedPieces[Us] = pos.pinned_pieces(Us);
249
250     Bitboard b = ei.attackedBy[Them][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.king_square(Them));
251     ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] = ei.attackedBy[Us][PAWN] = ei.pi->pawn_attacks(Us);
252
253     // Init king safety tables only if we are going to use them
254     if (pos.count<QUEEN>(Us) && pos.non_pawn_material(Us) > QueenValueMg + PawnValueMg)
255     {
256         ei.kingRing[Them] = b | shift_bb<Down>(b);
257         b &= ei.attackedBy[Us][PAWN];
258         ei.kingAttackersCount[Us] = b ? popcount<Max15>(b) : 0;
259         ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] = ei.kingAttackersWeight[Us] = 0;
260     }
261     else
262         ei.kingRing[Them] = ei.kingAttackersCount[Us] = 0;
263   }
264
265
266   // evaluate_outposts() evaluates bishop and knight outpost squares
267
268   template<PieceType Pt, Color Us>
269   Score evaluate_outposts(const Position& pos, EvalInfo& ei, Square s) {
270
271     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
272
273     assert (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT);
274
275     // Initial bonus based on square
276     Value bonus = Outpost[Pt == BISHOP][relative_square(Us, s)];
277
278     // Increase bonus if supported by pawn, especially if the opponent has
279     // no minor piece which can trade with the outpost piece.
280     if (bonus && (ei.attackedBy[Us][PAWN] & s))
281     {
282         if (   !pos.pieces(Them, KNIGHT)
283             && !(squares_of_color(s) & pos.pieces(Them, BISHOP)))
284             bonus += bonus + bonus / 2;
285         else
286             bonus += bonus / 2;
287     }
288
289     return make_score(bonus, bonus);
290   }
291
292
293   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given color
294
295   template<PieceType Pt, Color Us, bool Trace>
296   Score evaluate_pieces(const Position& pos, EvalInfo& ei, Score* mobility, Bitboard* mobilityArea) {
297
298     Bitboard b;
299     Square s;
300     Score score = SCORE_ZERO;
301
302     const PieceType NextPt = (Us == WHITE ? Pt : PieceType(Pt + 1));
303     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
304     const Square* pl = pos.list<Pt>(Us);
305
306     ei.attackedBy[Us][Pt] = 0;
307
308     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
309     {
310         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
311         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN))
312           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
313                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
314
315         if (ei.pinnedPieces[Us] & s)
316             b &= LineBB[pos.king_square(Us)][s];
317
318         ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[Us][Pt] |= b;
319
320         if (b & ei.kingRing[Them])
321         {
322             ei.kingAttackersCount[Us]++;
323             ei.kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
324             Bitboard bb = b & ei.attackedBy[Them][KING];
325             if (bb)
326                 ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount<Max15>(bb);
327         }
328
329         if (Pt == QUEEN)
330             b &= ~(  ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
331                    | ei.attackedBy[Them][BISHOP]
332                    | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
333
334         int mob = Pt != QUEEN ? popcount<Max15>(b & mobilityArea[Us])
335                               : popcount<Full >(b & mobilityArea[Us]);
336
337         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt][mob];
338
339         // Decrease score if we are attacked by an enemy pawn. The remaining part
340         // of threat evaluation must be done later when we have full attack info.
341         if (ei.attackedBy[Them][PAWN] & s)
342             score -= ThreatenedByPawn[Pt];
343
344         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
345         {
346             // Penalty for bishop with same colored pawns
347             if (Pt == BISHOP)
348                 score -= BishopPawns * ei.pi->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
349
350             // Bishop and knight outposts squares
351             if (!(pos.pieces(Them, PAWN) & pawn_attack_span(Us, s)))
352                 score += evaluate_outposts<Pt, Us>(pos, ei, s);
353
354             // Bishop or knight behind a pawn
355             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
356                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
357                 score += MinorBehindPawn;
358         }
359
360         if (Pt == ROOK)
361         {
362             // Rook piece attacking enemy pawns on the same rank/file
363             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
364             {
365                 Bitboard pawns = pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s];
366                 if (pawns)
367                     score += popcount<Max15>(pawns) * RookOnPawn;
368             }
369
370             // Give a bonus for a rook on a open or semi-open file
371             if (ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
372                 score += ei.pi->semiopen_file(Them, file_of(s)) ? RookOpenFile : RookSemiopenFile;
373
374             if (mob > 3 || ei.pi->semiopen_file(Us, file_of(s)))
375                 continue;
376
377             Square ksq = pos.king_square(Us);
378
379             // Penalize rooks which are trapped by a king. Penalize more if the
380             // king has lost its castling capability.
381             if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
382                 && (rank_of(ksq) == rank_of(s) || relative_rank(Us, ksq) == RANK_1)
383                 && !ei.pi->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
384                 score -= (TrappedRook - make_score(mob * 8, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
385         }
386
387         // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
388         // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
389         // when that pawn is also blocked.
390         if (   Pt == BISHOP
391             && pos.is_chess960()
392             && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
393         {
394             Square d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? DELTA_E : DELTA_W);
395             if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
396                 score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
397                         : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
398                                                                           : TrappedBishopA1H1;
399         }
400     }
401
402     if (Trace)
403         Tracing::terms[Us][Pt] = score;
404
405     return score - evaluate_pieces<NextPt, Them, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
406   }
407
408   template<>
409   Score evaluate_pieces<KING, WHITE, false>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
410   template<>
411   Score evaluate_pieces<KING, WHITE,  true>(const Position&, EvalInfo&, Score*, Bitboard*) { return SCORE_ZERO; }
412
413
414   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
415
416   template<Color Us, bool Trace>
417   Score evaluate_king(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
418
419     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
420
421     Bitboard undefended, b, b1, b2, safe;
422     int attackUnits;
423     const Square ksq = pos.king_square(Us);
424
425     // King shelter and enemy pawns storm
426     Score score = ei.pi->king_safety<Us>(pos, ksq);
427
428     // Main king safety evaluation
429     if (ei.kingAttackersCount[Them])
430     {
431         // Find the attacked squares around the king which have no defenders
432         // apart from the king itself
433         undefended =  ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]
434                     & ei.attackedBy[Us][KING]
435                     & ~(  ei.attackedBy[Us][PAWN]   | ei.attackedBy[Us][KNIGHT]
436                         | ei.attackedBy[Us][BISHOP] | ei.attackedBy[Us][ROOK]
437                         | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
438
439         // Initialize the 'attackUnits' variable, which is used later on as an
440         // index to the KingDanger[] array. The initial value is based on the
441         // number and types of the enemy's attacking pieces, the number of
442         // attacked and undefended squares around our king and the quality of
443         // the pawn shelter (current 'score' value).
444         attackUnits =  std::min(20, (ei.kingAttackersCount[Them] * ei.kingAttackersWeight[Them]) / 2)
445                      + 3 * (ei.kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] + popcount<Max15>(undefended))
446                      + 2 * (ei.pinnedPieces[Us] != 0)
447                      - mg_value(score) / 32;
448
449         // Analyse the enemy's safe queen contact checks. Firstly, find the
450         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
451         // queen...
452         b = undefended & ei.attackedBy[Them][QUEEN] & ~pos.pieces(Them);
453         if (b)
454         {
455             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
456             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
457                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][ROOK]);
458
459             if (b)
460                 attackUnits +=  QueenContactCheck
461                               * popcount<Max15>(b)
462                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
463         }
464
465         // Analyse the enemy's safe rook contact checks. Firstly, find the
466         // undefended squares around the king that are attacked by the enemy's
467         // rooks...
468         b = undefended & ei.attackedBy[Them][ROOK] & ~pos.pieces(Them);
469
470         // Consider only squares where the enemy's rook gives check
471         b &= PseudoAttacks[ROOK][ksq];
472
473         if (b)
474         {
475             // ...and then remove squares not supported by another enemy piece
476             b &= (  ei.attackedBy[Them][PAWN]   | ei.attackedBy[Them][KNIGHT]
477                   | ei.attackedBy[Them][BISHOP] | ei.attackedBy[Them][QUEEN]);
478
479             if (b)
480                 attackUnits +=  RookContactCheck
481                               * popcount<Max15>(b)
482                               * (Them == pos.side_to_move() ? 2 : 1);
483         }
484
485         // Analyse the enemy's safe distance checks for sliders and knights
486         safe = ~(pos.pieces(Them) | ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
487
488         b1 = pos.attacks_from<ROOK>(ksq) & safe;
489         b2 = pos.attacks_from<BISHOP>(ksq) & safe;
490
491         // Enemy queen safe checks
492         b = (b1 | b2) & ei.attackedBy[Them][QUEEN];
493         if (b)
494             attackUnits += QueenCheck * popcount<Max15>(b);
495
496         // Enemy rooks safe checks
497         b = b1 & ei.attackedBy[Them][ROOK];
498         if (b)
499             attackUnits += RookCheck * popcount<Max15>(b);
500
501         // Enemy bishops safe checks
502         b = b2 & ei.attackedBy[Them][BISHOP];
503         if (b)
504             attackUnits += BishopCheck * popcount<Max15>(b);
505
506         // Enemy knights safe checks
507         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & ei.attackedBy[Them][KNIGHT] & safe;
508         if (b)
509             attackUnits += KnightCheck * popcount<Max15>(b);
510
511         // To index KingDanger[] attackUnits must be in [0, 99] range
512         attackUnits = std::min(99, std::max(0, attackUnits));
513
514         // Finally, extract the king danger score from the KingDanger[]
515         // array and subtract the score from evaluation.
516         score -= KingDanger[Us == Search::RootColor][attackUnits];
517     }
518
519     if (Trace)
520         Tracing::terms[Us][KING] = score;
521
522     return score;
523   }
524
525
526   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the type of attacking piece
527   // and the type of attacked one.
528
529   template<Color Us, bool Trace>
530   Score evaluate_threats(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
531
532     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
533
534     Bitboard b, undefendedMinors, weakEnemies;
535     Score score = SCORE_ZERO;
536
537     // Undefended minors get penalized even if they are not under attack
538     undefendedMinors =  pos.pieces(Them, BISHOP, KNIGHT)
539                       & ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES];
540
541     if (undefendedMinors)
542         score += UndefendedMinor;
543
544     // Enemy pieces not defended by a pawn and under our attack
545     weakEnemies =  pos.pieces(Them)
546                  & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
547                  & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
548
549     // Add a bonus according if the attacking pieces are minor or major
550     if (weakEnemies)
551     {
552         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][KNIGHT] | ei.attackedBy[Us][BISHOP]);
553         if (b)
554             score += Threat[0][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
555
556         b = weakEnemies & (ei.attackedBy[Us][ROOK] | ei.attackedBy[Us][QUEEN]);
557         if (b)
558             score += Threat[1][type_of(pos.piece_on(lsb(b)))];
559     }
560
561     if (Trace)
562         Tracing::terms[Us][Tracing::THREAT] = score;
563
564     return score;
565   }
566
567
568   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns of the given color
569
570   template<Color Us, bool Trace>
571   Score evaluate_passed_pawns(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
572
573     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
574
575     Bitboard b, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
576     Score score = SCORE_ZERO;
577
578     b = ei.pi->passed_pawns(Us);
579
580     while (b)
581     {
582         Square s = pop_lsb(&b);
583
584         assert(pos.pawn_passed(Us, s));
585
586         int r = int(relative_rank(Us, s) - RANK_2);
587         int rr = r * (r - 1);
588
589         // Base bonus based on rank
590         Value mbonus = Value(17 * rr);
591         Value ebonus = Value(7 * (rr + r + 1));
592
593         if (rr)
594         {
595             Square blockSq = s + pawn_push(Us);
596
597             // Adjust bonus based on the king's proximity
598             ebonus +=  Value(square_distance(pos.king_square(Them), blockSq) * 5 * rr)
599                      - Value(square_distance(pos.king_square(Us  ), blockSq) * 2 * rr);
600
601             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
602             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
603                 ebonus -= Value(rr * square_distance(pos.king_square(Us), blockSq + pawn_push(Us)));
604
605             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
606             if (pos.empty(blockSq))
607             {
608                 squaresToQueen = forward_bb(Us, s);
609
610                 // If there is an enemy rook or queen attacking the pawn from behind,
611                 // add all X-ray attacks by the rook or queen. Otherwise consider only
612                 // the squares in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
613                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN))
614                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Them, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
615                     unsafeSquares = squaresToQueen;
616                 else
617                     unsafeSquares = squaresToQueen & (ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
618
619                 if (    unlikely(forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
620                     && (forward_bb(Them, s) & pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s)))
621                     defendedSquares = squaresToQueen;
622                 else
623                     defendedSquares = squaresToQueen & ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES];
624
625                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
626                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
627                 int k = !unsafeSquares ? 15 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 9 : 0;
628
629                 // If the path to queen is fully defended, assign a big bonus.
630                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
631                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
632                     k += 6;
633
634                 else if (defendedSquares & blockSq)
635                     k += 4;
636
637                 mbonus += Value(k * rr), ebonus += Value(k * rr);
638             }
639         } // rr != 0
640
641         if (pos.count<PAWN>(Us) < pos.count<PAWN>(Them))
642             ebonus += ebonus / 4;
643
644         score += make_score(mbonus, ebonus);
645     }
646
647     if (Trace)
648         Tracing::terms[Us][Tracing::PASSED] = apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
649
650     // Add the scores to the middlegame and endgame eval
651     return apply_weight(score, Weights[PassedPawns]);
652   }
653
654
655   // evaluate_unstoppable_pawns() scores the most advanced among the passed and
656   // candidate pawns. In case opponent has no pieces but pawns, this is somewhat
657   // related to the possibility that pawns are unstoppable.
658
659   Score evaluate_unstoppable_pawns(const Position& pos, Color us, const EvalInfo& ei) {
660
661     Bitboard b = ei.pi->passed_pawns(us) | ei.pi->candidate_pawns(us);
662
663     if (!b || pos.non_pawn_material(~us))
664         return SCORE_ZERO;
665
666     return Unstoppable * int(relative_rank(us, frontmost_sq(us, b)));
667   }
668
669
670   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
671   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
672   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
673   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
674   // twice. Finally, the space bonus is scaled by a weight taken from the
675   // material hash table. The aim is to improve play on game opening.
676   template<Color Us>
677   int evaluate_space(const Position& pos, const EvalInfo& ei) {
678
679     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
680
681     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
682     // SpaceMask[]. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
683     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
684     Bitboard safe =   SpaceMask[Us]
685                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
686                    & ~ei.attackedBy[Them][PAWN]
687                    & (ei.attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~ei.attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
688
689     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
690     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
691     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
692     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
693
694     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board
695     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
696
697     // Count safe + (behind & safe) with a single popcount
698     return popcount<Full>((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
699   }
700
701
702   // do_evaluate() is the evaluation entry point, called directly from evaluate()
703
704   template<bool Trace>
705   Value do_evaluate(const Position& pos) {
706
707     assert(!pos.checkers());
708
709     EvalInfo ei;
710     Score score, mobility[2] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
711     Thread* thisThread = pos.this_thread();
712
713     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included
714     // in the position object (material + piece square tables) and adding a
715     // Tempo bonus. Score is computed from the point of view of white.
716     score = pos.psq_score() + (pos.side_to_move() == WHITE ? Tempo : -Tempo);
717
718     // Probe the material hash table
719     ei.mi = Material::probe(pos, thisThread->materialTable, thisThread->endgames);
720     score += ei.mi->material_value();
721
722     // If we have a specialized evaluation function for the current material
723     // configuration, call it and return.
724     if (ei.mi->specialized_eval_exists())
725         return ei.mi->evaluate(pos);
726
727     // Probe the pawn hash table
728     ei.pi = Pawns::probe(pos, thisThread->pawnsTable);
729     score += apply_weight(ei.pi->pawns_value(), Weights[PawnStructure]);
730
731     // Initialize attack and king safety bitboards
732     init_eval_info<WHITE>(pos, ei);
733     init_eval_info<BLACK>(pos, ei);
734
735     ei.attackedBy[WHITE][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[WHITE][KING];
736     ei.attackedBy[BLACK][ALL_PIECES] |= ei.attackedBy[BLACK][KING];
737
738     // Do not include in mobility squares protected by enemy pawns or occupied by our pieces
739     Bitboard mobilityArea[] = { ~(ei.attackedBy[BLACK][PAWN] | pos.pieces(WHITE, PAWN, KING)),
740                                 ~(ei.attackedBy[WHITE][PAWN] | pos.pieces(BLACK, PAWN, KING)) };
741
742     // Evaluate pieces and mobility
743     score += evaluate_pieces<KNIGHT, WHITE, Trace>(pos, ei, mobility, mobilityArea);
744     score += apply_weight(mobility[WHITE] - mobility[BLACK], Weights[Mobility]);
745
746     // Evaluate kings after all other pieces because we need complete attack
747     // information when computing the king safety evaluation.
748     score +=  evaluate_king<WHITE, Trace>(pos, ei)
749             - evaluate_king<BLACK, Trace>(pos, ei);
750
751     // Evaluate tactical threats, we need full attack information including king
752     score +=  evaluate_threats<WHITE, Trace>(pos, ei)
753             - evaluate_threats<BLACK, Trace>(pos, ei);
754
755     // Evaluate passed pawns, we need full attack information including king
756     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE, Trace>(pos, ei)
757             - evaluate_passed_pawns<BLACK, Trace>(pos, ei);
758
759     // If one side has only a king, score for potential unstoppable pawns
760     if (!pos.non_pawn_material(WHITE) || !pos.non_pawn_material(BLACK))
761         score +=  evaluate_unstoppable_pawns(pos, WHITE, ei)
762                 - evaluate_unstoppable_pawns(pos, BLACK, ei);
763
764     // Evaluate space for both sides, only in middlegame
765     if (ei.mi->space_weight())
766     {
767         int s = evaluate_space<WHITE>(pos, ei) - evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
768         score += apply_weight(s * ei.mi->space_weight(), Weights[Space]);
769     }
770
771     // Scale winning side if position is more drawish than it appears
772     ScaleFactor sf = eg_value(score) > VALUE_DRAW ? ei.mi->scale_factor(pos, WHITE)
773                                                   : ei.mi->scale_factor(pos, BLACK);
774
775     // If we don't already have an unusual scale factor, check for opposite
776     // colored bishop endgames, and use a lower scale for those.
777     if (    ei.mi->game_phase() < PHASE_MIDGAME
778         &&  pos.opposite_bishops()
779         && (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN))
780     {
781         // Ignoring any pawns, do both sides only have a single bishop and no
782         // other pieces?
783         if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
784             && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
785         {
786             // Check for KBP vs KB with only a single pawn that is almost
787             // certainly a draw or at least two pawns.
788             bool one_pawn = (pos.count<PAWN>(WHITE) + pos.count<PAWN>(BLACK) == 1);
789             sf = one_pawn ? ScaleFactor(8) : ScaleFactor(32);
790         }
791         else
792             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
793             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
794              sf = ScaleFactor(50 * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL);
795     }
796
797     Value v = interpolate(score, ei.mi->game_phase(), sf);
798
799     // In case of tracing add all single evaluation contributions for both white and black
800     if (Trace)
801     {
802         Tracing::add_term(Tracing::PST, pos.psq_score());
803         Tracing::add_term(Tracing::IMBALANCE, ei.mi->material_value());
804         Tracing::add_term(PAWN, ei.pi->pawns_value());
805         Tracing::add_term(Tracing::MOBILITY, apply_weight(mobility[WHITE], Weights[Mobility])
806                                            , apply_weight(mobility[BLACK], Weights[Mobility]));
807         Score w = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<WHITE>(pos, ei);
808         Score b = ei.mi->space_weight() * evaluate_space<BLACK>(pos, ei);
809         Tracing::add_term(Tracing::SPACE, apply_weight(w, Weights[Space]), apply_weight(b, Weights[Space]));
810         Tracing::add_term(Tracing::TOTAL, score);
811         Tracing::ei = ei;
812         Tracing::sf = sf;
813     }
814
815     return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
816   }
817
818
819   // Tracing function definitions
820
821   double Tracing::to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
822
823   void Tracing::add_term(int idx, Score wScore, Score bScore) {
824
825     terms[WHITE][idx] = wScore;
826     terms[BLACK][idx] = bScore;
827   }
828
829   void Tracing::format_row(std::stringstream& ss, const char* name, int idx) {
830
831     Score wScore = terms[WHITE][idx];
832     Score bScore = terms[BLACK][idx];
833
834     switch (idx) {
835     case PST: case IMBALANCE: case PAWN: case TOTAL:
836         ss << std::setw(20) << name << " |   ---   --- |   ---   --- | "
837            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
838            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
839         break;
840     default:
841         ss << std::setw(20) << name << " | " << std::noshowpos
842            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore)) << " "
843            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore)) << " | "
844            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(bScore)) << " "
845            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(bScore)) << " | "
846            << std::setw(5)  << to_cp(mg_value(wScore - bScore)) << " "
847            << std::setw(5)  << to_cp(eg_value(wScore - bScore)) << " \n";
848     }
849   }
850
851   std::string Tracing::do_trace(const Position& pos) {
852
853     std::memset(terms, 0, sizeof(terms));
854
855     Value v = do_evaluate<true>(pos);
856     v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
857
858     std::stringstream ss;
859     ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
860        << "           Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
861        << "                     |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
862        << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
863
864     format_row(ss, "Material, PST, Tempo", PST);
865     format_row(ss, "Material imbalance", IMBALANCE);
866     format_row(ss, "Pawns", PAWN);
867     format_row(ss, "Knights", KNIGHT);
868     format_row(ss, "Bishops", BISHOP);
869     format_row(ss, "Rooks", ROOK);
870     format_row(ss, "Queens", QUEEN);
871     format_row(ss, "Mobility", MOBILITY);
872     format_row(ss, "King safety", KING);
873     format_row(ss, "Threats", THREAT);
874     format_row(ss, "Passed pawns", PASSED);
875     format_row(ss, "Space", SPACE);
876
877     ss << "---------------------+-------------+-------------+-------------\n";
878     format_row(ss, "Total", TOTAL);
879
880     ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
881
882     return ss.str();
883   }
884
885 } // namespace
886
887
888 namespace Eval {
889
890   /// evaluate() is the main evaluation function. It returns a static evaluation
891   /// of the position always from the point of view of the side to move.
892
893   Value evaluate(const Position& pos) {
894     return do_evaluate<false>(pos);
895   }
896
897
898   /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
899   /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
900   /// descriptions and values of each evaluation term. It's mainly used for
901   /// debugging.
902   std::string trace(const Position& pos) {
903     return Tracing::do_trace(pos);
904   }
905
906
907   /// init() computes evaluation weights from the corresponding UCI parameters
908   /// and setup king tables.
909
910   void init() {
911
912     Weights[Mobility]       = weight_option("Mobility (Midgame)", "Mobility (Endgame)", WeightsInternal[Mobility]);
913     Weights[PawnStructure]  = weight_option("Pawn Structure (Midgame)", "Pawn Structure (Endgame)", WeightsInternal[PawnStructure]);
914     Weights[PassedPawns]    = weight_option("Passed Pawns (Midgame)", "Passed Pawns (Endgame)", WeightsInternal[PassedPawns]);
915     Weights[Space]          = weight_option("Space", "Space", WeightsInternal[Space]);
916     Weights[KingDangerUs]   = weight_option("Cowardice", "Cowardice", WeightsInternal[KingDangerUs]);
917     Weights[KingDangerThem] = weight_option("Aggressiveness", "Aggressiveness", WeightsInternal[KingDangerThem]);
918
919     const int MaxSlope = 30;
920     const int Peak = 1280;
921
922     for (int t = 0, i = 1; i < 100; ++i)
923     {
924         t = std::min(Peak, std::min(int(0.4 * i * i), t + MaxSlope));
925
926         KingDanger[1][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerUs]);
927         KingDanger[0][i] = apply_weight(make_score(t, 0), Weights[KingDangerThem]);
928     }
929   }
930
931 } // namespace Eval